基于学科核心素养培养的实验教学设计——以“观察根尖分生组织细胞的

第37卷第11期

中学生物学

Vol.37 No. 11

2020 年

Middle School Biology

2020

文件编号：】003 - 75 86 ( 2020) 11 - 0048 - 03

基于学科核心素养培养的实验教学设计

—以“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”为例

韩国良

(大通县第二完全中学青海西宁810100)

摘要生物学实验作为培养学生科学思维、形成科学态度最有效的载体，能让学生主动参与知识的

形成过程。然而，在当前的实际教学中，由于课时紧张、设备不足等导致学生实践操作能力的培养无法

实现、学科核心素养的培养无法落实。将信息化条件下的虚拟仿真技术引入高中生物实验教学中，以

此来发展学生的生物学学科核心素养，并通过具体的实例探索了实现的路径。

关键词核心素养虚拟仿真实验教学设计

中图分类号633. 91 文献标志码

GB

生物学学科核心素养是学生在生物学课程学习 1.3学习环境分析

过程中逐渐发展起来的，在解决真实情景中的实际问

《普通高中生物学课程标准(2017年版）》指出，

题时所表现出来的价值观念、必备品格与关键能力。

教师在教学中应开展一系列具有探究性的学习活动，

其中包含的重要一点是：能理性思考与论证生命现象

以此提高学生的生物科学素养。因此，本节课利用计

及规律并具备一定的科学探宄与合作能力。

算机多媒体教室并借助虚拟仿真软件来进行实验探

1前端分析

宄，突出教学手段和教学方法的现代化，并适应教学

1.1学习内容分析

的个性化需求。

“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”是人教版

2教学目标

生物教材必修一第六章第一节“细胞的增殖”中一个

① 学会装片制作的操作技能，提高动手实践能

经典的生物学实验。本实验的内容包括目的要求、原

力，掌握科学探究的基本思路和方法，学会对实验结

理、材料用具、方法步骤、结论和讨论等。为了便于学

果进行交流与讨论。

生操作，增强操作步骤的目的性和条理性，教材把装

② 能使用高倍显微镜观察根尖分生区细胞的有

片制作过程中的步骤、方法、所需时间和操作目的以

丝分裂，并运用其中的操作技能和科学思维对其他适

表格的形式展示出来，增强了教学内容的直观性。本

宜材料进行观察研宄，阐释不同材料的细胞分裂现

实验的关键是进行装片的制作并利用显微镜观察，但

象，总结细胞分裂规律。

是装片制作的难度较大且观察效果有限，所以在教材

③ 基于对细胞有丝分裂现象的观察，理解通过有

中处理为验证性实验。

丝分裂维持染色体数目稳定的科学规律，认同生命过

1.2学习者分析

程的精致和奇妙，形成生命观念，尝试以审美的视角

本实验的授课对象是高一的学生,他们已经学习

举例阐释生命过程。

了临时装片的制作方法,初步掌握了装片制作所需要

3

教学策略

的操作技能，但本实验中解离、染色的时间要严格控

本实验展示的是一个真实的细胞分裂现象。这

制，压片时用力要恰当。这些都增加了装片制作的难

种真实的情境能很好地调动学生的学习积极性，提高

度，对学生而言是一个挑战。对于观察，学生在之前

学生的求知欲。但是，由于本实验中洋葱根尖的培养

的实验中己经能够熟练地使用显微镜观察不同细胞，

需要在实验前3~4进行，而且装片制作时解离、漂

d

也具备低倍镜转换到高倍镜的操作技能。同时，学生

洗、染色等步骤还需要一定的等待时间，使得实验所

已经具备了一定的自主探究能力，能够利用虚拟仿真

需时间长。加之，本实验中装片制作的难度较大，观

软件来完成实验过程。

察效果有限，而且解离最好在上午10时〜下午2时，让

—48

—

全年级学生集中在这个时间段内进行实验不现实。

笔者尝试将信息化条件下的虚拟仿真实验引入本实

验教学中，实施知识发生过程式教学,在提高教学效

果的同时发展学生的生物学学科核心素养。教学中，

教师通过虚拟实验操作，使学生全感官参与学习，让

学生在亲身体验装片制作过程的同时,真实地观察到

细胞分裂不同时期的图像，进而总结细胞分裂规律，

认同生命过程的精致和奇妙，落实生命观念培养的目

标。

在_实验中，笔者选择支持交互操作的“东师理

想生物虚拟实验平台”进行虚拟仿真实验。

4教学媒体的选择

虚拟仿真实验软件有利于学生直观感受实验过

程。教师同时利用“东师理想云教学平台”的“备课助

手”制作教师版和学生版交互式课件辅助教学，便于

呈现实验结论、注意事项等重点内容；利用计算机多

媒体教室进行教学，可以呈现教学过程中的学生操作

过程，也便于学生回顾、总结重点内容,既方便了教师

教学，也方便了学生学习。

5教学过程

5.1

复习引入

教师展示学生手绘的有丝分裂模式图，要求学生

辨别图示的时期并用一句话概括该时期的特点。接 选择的依据和一般原则，明确实验成功的关键是选择

着，创设过渡的问题情境：刚才观察的是同学们自己

手绘的细胞分裂过程模式图，那细胞有丝分裂的真实

图像是怎么样呢？想不想观察一下真实的细胞分裂

图像呢？要观察细胞有丝分裂的真实图像，就要通过

实验来进行观察，本节课就通过“洋葱根尖分生组织

细胞的有丝分裂”实验来观察一下细胞真实的有丝分

裂图像。

学生识图，回忆有丝分裂各个时期的特征并作

答。

设计意图：教师利用学生自己手绘的有丝分裂模

式图，引导学生复习巩固有丝分裂的基础知识并过渡

到新授课的内容，帮助学生形成知识网络图，激发学

生学习兴趣。

5.2

探究新知

5.2.1探究一:实验目的及原理

教师利用虚拟仿真实验平台的交互式课件展示

本实验的实验目的并做简单介绍：（1)制作洋葱根尖 中根据预习的内容对所探究的问题做出解答，并在自

细胞装片；（2)观察植物细胞有丝分裂的过程，识别有

丝分裂的不同时期，通过统计每一时期的细胞数与计

数细胞总数的比例来比较细胞周期不同时期的时间

长短。接着，展示实验原理（图1)。

师生共同探讨本实验材料的选材依据:根尖包括

根冠、分生区、伸长区和成熟区，只有分生区细胞有丝

图1虚拟仿真实验平台实验原理图

分裂旺盛，所以选择分生区细胞作为实验材料。分生

区细胞在根尖中0〜3 处，呈正方形、排列紧密。强

mm

调实验材料的正确选择是实验成功的关键，教师列举

科学史上孟德尔选择豌豆、摩尔根选择果蝇做实验取

得成功的例子，引导学生设计实验方案时学会选择恰

当的实验材料，从而落实科学探究培养的目标。

各小组开展探究活动，探讨并解决以下问题：

(1)材料为何选择根尖分生区细胞？(2)分生区细胞

在根尖中的什么位置上？(3)在观察时如何找到分生

区细胞？

设计意图：教师引导学生根据所学的知识对实验

材料的选择，做出科学的解释，学会实验设计中材料

合适的实验材料。

5.2.2探宄二:实验设计中的一些探宄问题

教师展示实验设计要解决的2个探宄问题（图2):

(1) 观察细胞有丝分裂的实验应选择哪种材料？

(2) 请将实验过程和所需时间填写完整。

图2虚拟仿真实验平台探究问题一

学生在虚拟仿真实验平台的学生版交互式课件

己的交互式课件中查看答案正确与否（图3)。依次完

成2个探宄问题，学生可以知晓并熟悉实验材料的选

择和实验具体操作的步骤，学会进行实验的方法和技

能,助力独立完成实验。

设计意图：教师通过引导学生解决平台设计的2

个重要探宄问题，让学生知晓并熟悉实验材料的选择

—49

—

图虚拟仿真实验平台学生操作界面

5

图虚拟仿真实验平台问题探究二

3

能，体验完整的实验过程，并以此发展学生独立利用

和实验具体操作的步骤，有助于后期实验的顺利进

虚拟仿真实验平台进行实验探究的能力。

行。

5.3.2实践操作二：学生操作观摩

5.2.3探究三:实验过程

教师根据在巡回指导时发现学生操作中的亮点，

教师在虚拟仿真实验平台边讲解操作要点边分

请有创新之处的学生在自己的电脑上独立进行实验

步骤演示（图4)，加深学生对实验过程中的操作步骤

操作，并利用多媒体小哨兵系统，将学生的操作投影

和操作技巧的记忆，并就实验过程中的注意事项形成

到教室的白板上，请其他学生观摩。

初步印象。

学生观摩学习优秀学生的操作过程，大胆分享自

乐师理睡

己的实验心得，解释自己操作中的独到之处，探讨实

验中出现的问题。

设计意图：学生通过实验过程的共享，加深对实

验过程的理解。教师要鼓励学生分享体会，培养学生

的表达和交流能力。

5.4

实验评价与反馈

教师简单地小结实验，梳理实验注意事项，组织学

生分享对本节实验课的收获、感悟和存在的疑问。

图虚拟仿真实验平台的演示实验

4

学生自主评价本节实验课的成果。

学生观看演示过程，熟悉操作步骤。

设计意图：教师采用学生自评的方式进行形成性

设计意图：教师通过动态演示实验过程，实施知

评价，可以更好地掌握学生在实验理解、实验操作、实

识发生过程式教学，充分利用视听媒体使学生全感官

验收获等方面的情况。

参与学习。

6教学反思

5.3

实践操作

本实验探究活动具有一定的复杂性，如果进行真

5.3.1实践操作一：个人独立操作

实实验，学生很难在有限的时间内完成装片的制作，

教师指导学生在自己的电脑上打开学生版交互

而且观察效果也有限，所以选择了虚拟仿真实验进行

式课件中的虚拟仿真实验进行实践操作，并巡回指

替代，在一定程度上弥补了不能进行真实实验的遗

导，观察学生操作中存在的问题与创新之处。

憾。虚拟仿真实验教学可以在较短时间内让学生经

学生在虚拟仿真实验平台上独立进行实验操作，

历实验设计、实验操作、实验观察等环节，并使学生巩

明确实验步骤中每一步操作所用试剂、操作目的、所

固实验设计的基本原则及实验操作的细节，促进学生

需时间长短、注意事项等（图5)。

形成正确的生命观念，发展学生的科学思维，提高学

设计意图：教师培养学生虚拟仿真实验的操作技

生的科学探究能力。

封面照片说明 大BR花 .

/?aWiapirmafaCav

大丽花别名大理花、天竺牡丹、东洋菊、大丽菊、地瓜花，是菊科、大丽花属植物，多年生草本，有巨大棒状块根。

茎直立，多分枝，高丨粗壮。原产于墨西哥，墨西哥人把它视为大方、富丽的象征，因此将它尊为国花。

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世界多数国家均有栽植，选育新品种时有问世，据统计，大丽花品种已超过万个，是世界上花卉品种最多

3

的物种之一。大丽花的花色、花形繁多，丰富多彩，是世界名花之一；另可活血散瘀，有一定的药用价值。

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—